Oamenii de știință dezvoltă primul limbaj de programare de nivel înalt pentru calculatoarele cuantice

Oamenii de știință din cadrul ETH Zurich au dezvoltat primul limbaj de programare de nivel înalt care poate programa calculatoare cuantice la fel de sigur și de fiabil ca și calculatoarele clasice. Noua descoperire reprezintă un pas important înainte în domeniul calculatoarelor cuantice, făcând sarcina de a programa calculatoare cuantice mult mai ușoară decât înainte.

Martin Vechec este profesor de științe computaționale în laboratorul SRI (Sisteme Sigure, Fiabile și Inteligente) al ETH.

“Programarea calculatoarelor cuantice este încă o provocare pentru cercetători”, spune Vechev. “De aceea, sunt atât de entuziasmat că putem continua tradiția ETH Zurich în dezvoltarea calculatoarelor cuantice și a limbajelor de programare.”

“Limbajul nostru de programare cuantică Silq permite programatorilor să utilizeze potențialul calculatoarelor cuantice mai bine decât limbajele existente, deoarece codul este mai compact, mai rapid, mai intuitiv și mai ușor de înțeles pentru programatori.”

Silq a fost prezentat la conferința de limbaje de programare PLDI 2020.

Calculatoare cuantice vs. calculatoare clasice

Calculatoarele cuantice devin din ce în ce mai importante, iar tehnologia are un potențial enorm. Calculatoarele cuantice sunt capabile să rezolve probleme mai rapid decât calculatoarele clasice, utilizând stări cuantice încântate. În aceste stări, biții de informație se suprapun la anumite momente, iar calculatoarele au potențialul de a aborda probleme pe care calculatoarele clasice nu le pot rezolva într-un timp rezonabil.

În vara târzie a anului 2019, calculatoarele cuantice au cunoscut o altă avansare importantă, atunci când una dintre ele a reușit să rezolve o problemă specifică mai rapid decât cel mai rapid calculator clasic.

Chiar și cu progresele recente, există încă multe provocări. Unele “algoritmi cuantici” nu pot fi calculați pe hardware cuantic din cauza nivelului ridicat de erori.

Noul limbaj: Silq

Limbajele de programare cuantice actuale sunt strâns legate de anumite hardware-uri, iar aceste limbaje sunt greu de utilizat și conduc la prea multe erori. Acest lucru se datorează necesității de a furniza instrucțiuni extrem de detaliate pentru implementarea algoritmilor cuantici.

Silq a fost dezvoltat pentru a depăși această provocare.

“Silq este primul limbaj de programare cuantic care nu este proiectat în primul rând în jurul construcției și funcționalității hardware-ului, ci în jurul mentalității programatorilor atunci când doresc să rezolve o problemă – fără a necesita ca aceștia să înțeleagă toate detaliile arhitecturii și implementării calculatorului”, spune Benjamin Bichsel, student doctorand și responsabil cu supravegherea Silq.

Silq este primul limbaj de programare de nivel înalt pentru calculatoare cuantice, ceea ce înseamnă că este mai expresiv și necesită mai puțin cod pentru a descrie sarcini complexe și algoritmi. Acest tip de limbaj este mai ușor de utilizat pentru programatori și poate fi aplicat pe diferite arhitecturi de calculatoare.

Limbajul nou dezvoltat abordează și problema erorilor. Calculatoarele clasice utilizează metoda de ștergere automată a valorilor pentru a elibera memorie, ceea ce se numește “colectare de gunoi”. În cadrul calculatoarelor cuantice, aceasta este o problemă mai mare din cauza încântării cuantice, care poate cauza valorile calculate anterior să interacționeze cu cele actuale. Acest lucru poate duce la interferențe cu calculul corect, astfel încât o tehnică avansată de calcul trebuie să fie utilizată.

“Silq este primul limbaj de programare care identifică și șterge automat valorile care nu mai sunt necesare”, explică Bichsel.

Pentru a face acest lucru, se utilizează doar comenzi de programare care nu conțin operații cuantice speciale în metoda lor de necalculare.

“Echipa noastră de patru persoane a realizat această descoperire după doi ani de muncă, datorită combinației diferitelor expertize în proiectarea limbajelor, fizica cuantică și implementare. Dacă alte echipe de cercetare și dezvoltare adoptă inovațiile noastre, va fi un mare succes”, spune Bichsel.